Модификация процесса формирования внутренних соединений силовых полупроводниковых приборов

• Автор: Бокарев, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 165 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Современное состояние с обеспечением качества соединений внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах

1.1. Способы сварки внутренних выводов

1.2. Покрытия гравере корпусов для сварки проволочных выводов

1.3. Анализ параметров конструктивных элементов для формирования соединений

1.4. Методы контроля качества соединений

1.5. Выводы и постановка задач для исследований и разработок

ГЛАВА 2. Исследование свойств соединяемых элементов в силовых полупроводниковых приборах

2.1. Физикомеханические свойства проволочных выводов

2.2. Физикомеханические свойства технологических покрытий траверс корпусов

2.3. Исследование химического состава поверхностного слоя покрытий траверс корпусов
2.4. Технология подготовки траверс корпусов
с серебряным покрытием к сборочным операциям
ГЛАВА 3. Влияние конструктивнотехнологических
особенностей свариваемых элементов конструкции силовых полупроводниковых приборов на качество сварных соединений
3.. Качество соединений, выполненных ультразвуковой сваркой, в зависимости от физикомеханических свойств алюминиевой проволоки
3.2. Оценка свариваемости серебряных покрытий траверс корпусов с алюминиевой проволокой
3.3. Тепловые эффекты в зоне соединения алюминиевых выводов с никелевым и серебряным покрытиями траверс корпусов
3.4. Влияние видов покрытий траверс корпусов на электрические параметры биполярных транзисторов типа КТ А
ГЛАВА 4. Совершенствование технологического процесса ультразвуковой сварки внутренних соединений в силовых полупроводниковых приборах
4.1. Оптимизация геометрических параметров проволочных соединений
4.2. Температурные напряжения в соединениях
4.3. Оптимизация режимов ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки к траверсам корпусов с никелевым п серебряным покрытиями
ГЛАВА 5. Практическое применение результатов исследований в производстве силовых полупроводниковых приборов
5.1. Расчет концентраторов для установок ультразвуковой сварки
5.2. Инструмент для ультразвуковой сварки внахлестку
5.3. Схема контроля прочности соединений в силовых
полупроводниковых приборах
Выводы
Основные результаты и выводы
Литература


Существующие методы присоединения внутренних выводов в ИЭТ разделяются на две группы: проволочные и беспроволочные. Для проволочного монтажа применяется проволока различного диаметра из алюминия, золота и меди [-]. Беспроволочный монтаж осуществляется присоединением кристаллов с жесткими выводами и компонентов с обт»емны-ми выводами, сборкой на рамке, ленте или гибком носителе [-]. Наиболее широкое применение для присоединения проволочных выводов в полупроводниковых ИЭТ нашли следующие методы: ультразвуковая сварка, сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН), ультразвуковая сварка с косвенным импульсным нагревом (УЗСКИН), термозвуковая сварка (ТЗИС); односторонняя контактная сварка, гермокомпрессионная микросварка (ТКС) и панка. Ультразвуковая свирка. При этом методе соединение металлов осуществляется в твердой фазе за счет возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний ультразвуковой частоты при одновременном создании определенного давления. УЗ концентратора; усилие сжатия свариваемых элементов; длительность включения ультразвуковых колебаний (время сварки). При УЗС в результате трения между соединяемыми элементами происходит разрушение оксидных и адсорбированных пленок с поверхностей, образование физического контакта и развитие очагов схватывания в зоне соединения. Для УЗС применяется колебательная система, представленная на рис. Температура нагрева соединяемых поверхностей деталей при УЗС обычно не превышает 0,3-0,5 от температуры плавления соединяемых материалов [7,9]. Рис. Ультразвуковая колебательная система для сварки: 1 -преобразователь; 2 - волновод-концентратор; 3 - акустическая развязка; 4 - сварочный инструмент. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом. Данный метод представляет собой разновидности способа сварки давлением с подогревом [,]. Основным элементом установки для СКИН является У-образный инструмент (пуансон), импульсно нагреваемым проходящим по нему током (рис. Широкое применение данный способ нашел при монтаже ГИС, которые не допускают общего разогрева. При выборе режимов сварки необходимо знать температуру нагрева рабочей площадки инструмента. С необходимой точностью ее можно определить по методике, предложенной в работе [). Эта температура зависит от подаваемого на первичную обмотку трансформатора напряжения и времени подачи импульса тока. Рис. Методом СКИН привариваются золотые, алюминиевые и медные проводники диаметром 0,-0,1 мм к пленкам, напыленным на диэлектрические или полупроводниковые подложки. Ультразвуковой сварка с косвенным импульсным нагревом. Данный метод можно назвать термозвуковой сваркой (ТЗИС) преимущественно металлических проводников к контактным площадкам кристалла и траверсы корпуса полупроводниковых ИЭТ. У-образным инструментом, а затем на инструмент подают УЗ колебания. При оптимальных режимах ТЗИС можно получать стабильные и качественные соединения, особенно при сварке выводов в производстве СПП. Термокомпрессионная микросварка. Данный метод является одним из первых, применяемых в технологии производства полупроводниковых приборов и ИС. Он относится к сварке давлением с подогревом при относительно невысоком нагружении на сварочный инструмент. При ТКС один из соединяемых элементов (обычно вывод) должен быть достаточно пластичным. Металлы при этом способе монтажа нагреваются до температуры начала рекристаллизации (отжига) или несколько выше, но на "С ниже самой низкой температуры эвтектики системы. Основными режимами ТКС являются: усилие сжатия соединяемых элементов, температура нагрева соединения и длительность выдержки под давлением. Относительные режимы сварки определяются экспериментальным путем, исходя из получения заданной прочности соединении. Прочность и стабильность качества сварных соединений во многом зависит от геометрии рабочей площадки сварочного инструмента (-]. Метод соединения ТКС является распространенным для присоединения внутренних выводов в полупроводниковых ИЭТ, полученных методом планарной технологии, и в корпусах с гибкими проводниками.